專(zhuān)利名稱(chēng)：全方位輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全方位輪，用于全方位移動(dòng)機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人任意方向的平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)，使得機(jī)器人在二維平面上運(yùn)動(dòng)時(shí)具有三個(gè)自由度，運(yùn)動(dòng)性能優(yōu)于傳統(tǒng)移動(dòng)機(jī)器人。屬機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
輪式移動(dòng)機(jī)器人由于控制簡(jiǎn)單、移動(dòng)靈活，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于人類(lèi)的生產(chǎn)、生活實(shí)踐中，比如雙輪差速移動(dòng)機(jī)器人，是其中應(yīng)用最廣泛的一種移動(dòng)方式；而全方位移動(dòng)機(jī)器人作為完整約束系統(tǒng)，采用全方位輪這種特殊的機(jī)構(gòu)，在2維平面上具有3個(gè)自由度，可以沿任意方向同時(shí)作平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)，在保持姿態(tài)不變的情況下，可以完成任意方向的移動(dòng)，它非常適合工作在空間狹窄有限、對(duì)機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性要求高的場(chǎng)合中，正是由于全方位移動(dòng)機(jī)器人擁有比雙輪差速更靈活的運(yùn)動(dòng)性能，已經(jīng)被應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如全方位移動(dòng)輪椅、RoboCup比賽(機(jī)器人足球世界杯賽)等。
移動(dòng)機(jī)器人由移動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳感器和控制器等組成.其中移動(dòng)機(jī)構(gòu)是移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，而作為實(shí)現(xiàn)全方位移動(dòng)機(jī)器人特殊運(yùn)動(dòng)性能的移動(dòng)機(jī)構(gòu)——全方位輪的設(shè)計(jì)是全方位移動(dòng)機(jī)器人研究的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。由于在很多場(chǎng)合需要機(jī)器人平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，因此要求全方位輪在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，盡量減少?gòu)较?、軸向振動(dòng)，以滿足要求。全方位輪的好壞，直接影響機(jī)器人的控制以及最終的運(yùn)動(dòng)效果。
現(xiàn)有全方位輪包括球輪、偏心輪、正交輪、麥卡納姆輪等，為了提高輪子運(yùn)動(dòng)時(shí)的性能，傳統(tǒng)全方位輪的設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，從而影響了實(shí)際使用的價(jià)值，妨礙了全方位移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型結(jié)構(gòu)的全方位輪，能使移動(dòng)機(jī)器人快速、靈活的平動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，減少運(yùn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)。
為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)的全方位輪，包括大輪、若干相同的小輪、鋼管圈及鋼管安裝件，大輪的軸孔與驅(qū)動(dòng)軸連接，在大輪外圍圓周等間距地開(kāi)有若干凹槽用于安裝小輪，大輪的外圈端面上開(kāi)有半圓形凹槽，半圓形凹槽半徑與鋼管圈半徑相等，通過(guò)鋼管安裝件把鋼管圈嵌入半圓形凹槽固定在大輪上，串在鋼管圈上的若干小輪則分別嵌入于大輪外圍的的凹槽內(nèi)，小輪的軸線與大輪的軸線垂直，同時(shí)小輪外圈包絡(luò)線為一個(gè)圓，小輪與大輪之間留有活動(dòng)間隙。
本發(fā)明中，鋼管安裝件作為大輪與鋼管圈的安裝組件，用于固定鋼管圈。待小輪串在鋼管圈上后，將鋼管圈嵌入到大輪外圈端面上的半圓形凹槽內(nèi)，將小輪子嵌入大輪外圍圓周的等間距凹槽內(nèi)，從而鋼管圈既達(dá)到了固定小輪子的目的，同時(shí)也是小輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。采用鋼管安裝件可以保證鋼管圈更加牢固，且可以分隔各個(gè)小輪。為了小輪運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，應(yīng)確保小輪與大輪之間留有一定間隙。
安裝了本發(fā)明的全方位輪的機(jī)器人，除了可沿大輪轉(zhuǎn)動(dòng)的方向前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，還可以憑借小輪的側(cè)向滾動(dòng)而橫向移動(dòng)，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)就可以組合成任意方向的運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的全方位輪在滿足全方位移動(dòng)機(jī)器人性能的前提下，制作簡(jiǎn)單，成本低廉，更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。組成零件如不銹鋼管圈(由鋼管彎曲而成)、小輪等都是市面上流通的通用配件，提高了該全方位輪的使用普及性。同時(shí)由于小輪通過(guò)鋼管圈安裝，因此可以很方便地調(diào)整改變小輪數(shù)量，比如對(duì)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)有要求時(shí)，可以增加小輪子，以達(dá)到減小全方位輪在運(yùn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)。采用多個(gè)本發(fā)明的全方位輪作為驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)全方位的移動(dòng)，特別適用在足球機(jī)器人競(jìng)賽等需要機(jī)器人具有輕型靈巧、快速變向等特性的場(chǎng)合。


圖1為本發(fā)明全方位輪的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，1為大輪，2為小輪，3為鋼管圈，4為鋼管安裝件，5為小輪與大輪之間的活動(dòng)間隙。
圖2為本發(fā)明全方位輪應(yīng)用于全方位機(jī)器人的示意圖。
圖2左，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)平動(dòng)。圖2右，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
本發(fā)明的全方位輪正視圖如圖1所示，包括大輪1、若干相同的小輪2、鋼管圈3及鋼管安裝件4，大輪1的軸孔與驅(qū)動(dòng)軸連接，在大輪1的外圍圓周等間距地開(kāi)有若干凹槽用于安裝小輪，大輪1外圈的端面上開(kāi)有半圓形凹槽，半圓形凹槽半徑與鋼管圈3半徑相等，通過(guò)鋼管安裝件4把鋼管圈3嵌入半圓形凹槽固定在大輪1上，串在鋼管圈3上的若干小輪2分別嵌入于大輪1外圍的的凹槽內(nèi)，小輪2的軸線與大輪1的軸線垂直，小輪2與大輪1之間留有活動(dòng)間隙5。
待小輪子串在鋼管圈上后，將小輪子嵌入在凹槽內(nèi)，并將鋼管圈嵌在半圓形槽內(nèi)，從而鋼管圈既達(dá)到了固定小輪子的目的，同時(shí)也是小輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。為了保證鋼管圈更加牢固，在小輪子與小輪子之間安裝上鋼管安裝件，同時(shí)為了小輪子運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，確保小輪子與大輪子之間留有一定間隙。
本發(fā)明中，鋼管安裝件4作為大輪1與鋼管圈3的安裝組件，用于固定鋼管圈3，小輪2串在鋼管圈3上后，將鋼管圈3嵌入到大輪1外圈端面上的半圓形凹槽內(nèi)。安裝好后，小輪2與大輪1有一定間隙，運(yùn)動(dòng)時(shí)小輪2以鋼管圈3為軸作從動(dòng)旋轉(zhuǎn)。鋼管安裝件4的作用有二個(gè)a)把鋼管圈3安裝到大輪1上；b)為各個(gè)小輪2作分隔用。
本發(fā)明的全方位輪的應(yīng)用方式如圖2所示圖2所示的全方位移動(dòng)機(jī)器人使用了四個(gè)本發(fā)明的全方位輪。
圖2左中，四輪以不同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人姿態(tài)不變的平移。
圖2右中，四輪轉(zhuǎn)速的另一種配合，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自轉(zhuǎn)。
由分析所知，機(jī)器人的平移方向的改變、姿態(tài)的變化，只需要改變四個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速，因此4個(gè)輪子不同的速度配合，移動(dòng)機(jī)器人可以獲得不同的運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種全方位輪，其特征在于包括大輪(1)、若干相同的小輪(2)、鋼管圈(3)及鋼管安裝件(4)，大輪(1)的軸孔與驅(qū)動(dòng)軸連接，在大輪(1)外圍圓周等間距地開(kāi)有若干凹槽用于安裝小輪(2)，大輪(1)外圈端面上開(kāi)有半圓形凹槽，半圓形凹槽半徑與鋼管圈(3)半徑相等，通過(guò)鋼管安裝件(4)把鋼管圈(3)嵌入半圓形凹槽固定在大輪(1)上，串在鋼管圈(3)上的若干小輪(2)分別嵌入于大輪(1)外圍的的凹槽內(nèi)，小輪(2)的軸線與大輪(1)的軸線垂直，小輪(2)與大輪(1)之間留有活動(dòng)間隙(5)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全方位輪，包括大輪、若干相同的小輪、鋼管圈及鋼管安裝件，在大輪外圍圓周等間距地開(kāi)有若干凹槽用于安裝小輪，大輪的外圈端面上開(kāi)有半圓形凹槽，通過(guò)鋼管安裝件把鋼管圈嵌入半圓形凹槽固定在大輪上，串在鋼管圈上的若干小輪則分別嵌入于大輪外圍的的凹槽內(nèi)，小輪的軸線與大輪的軸線垂直，小輪與大輪之間留有活動(dòng)間隙。本發(fā)明制作簡(jiǎn)單，成本低廉，安裝了本發(fā)明全方位輪的機(jī)器人，除了可沿大輪轉(zhuǎn)動(dòng)的方向前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，還可以憑借小輪的側(cè)向滾動(dòng)而橫向移動(dòng)，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)可組合成任意方向的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)可以通過(guò)調(diào)整小輪數(shù)量，減小全方位輪運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)B60B19/00GK1817668SQ20061002427
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2006年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月2日
發(fā)明者冷春濤, 曹其新, 王美齡, 劉偉豪 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)